DE102017125487A1

DE102017125487A1 - Diesel-niederdruck-/hochdruck-flusssteuerungssystem

Info

Publication number: DE102017125487A1
Application number: DE102017125487.0A
Authority: DE
Inventors: William L. Villaire; Philip A. Yaccarino; Peter Hubl; Mitchell E. Hart
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-11-01
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2018-05-03
Also published as: US9828931B1; CN108019301A; CN108019301B

Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor beinhaltet eine Kraftstoffversorgungsleitung in Verbindung mit einem Kraftstofftank und einem Kraftstoffpumpensystem. Eine Kraftstoffzuführung ist mit dem Kraftstoffversorgungssystem und einer Vielzahl von Einspritzdüsen verbunden. Eine Rücklaufleitung, die sich von der Kraftstoffzuführung zum Kraftstofftank erstreckt. Eine Bypass-Leitung, die sich von der Versorgungsleitung zur Rücklaufleitung erstreckt und ein Druckablassventil mit einem voreingestellten Aktivierungsdruck enthält. Ein Kraftstofftemperatursensor zum Erfassen einer Zufuhrtemperatur des Kraftstoffs im Kraftstoffversorgungssystem. Ein Drucksteuermodul, das einen ersten Drucksollwert in der Kraftstoffzuführung unterhalb des voreingestellten Aktivierungsdrucks einstellt, wenn die Zufuhrtemperatur unter einer vorbestimmten Temperatur liegt, und einen zweiten Drucksollwert über den voreingestellten Aktivierungsdruck des Druckablassventils, wenn die Zufuhrtemperatur über der vorbestimmten Temperatur liegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System zum Kühlen des Rücklaufkraftstoffs von einem Dieselkraftstoffsystem.
HINTERGRUND
Der folgende Abschnitt bietet Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung, wobei es sich nicht notwendigerweise um den Stand der Technik handelt.
Kraftstoffeinspritzsysteme, die dazu ausgelegt sind, Hochdruckkraftstoff von einer Kraftstoffpumpe zu einem Satz von Einspritzdüsen zuzuführen, sind bekannt. In solchen Systemen besteht eine Kraftstoffverteileranordnung aus einer Common Rail und den Einspritzdüsenzuleitungen, die den Kraftstoff von der Pumpe zu den Einspritzdüsen liefern. Heißer Dieselkraftstoff, der in den Kraftstofftank zurückgeführt wird, kann für die üblicherweise verwendeten Materialien zu heiß sein. Kühlsysteme wurden bereitgestellt, um den in den Kraftstofftank zurückgelieferten Kraftstoff zu kühlen, einschließlich aktiver Luft- oder Flüssigkeitskühlungsoptionen, die zusätzliche Hardware erfordern und viele Verpackungseinschränkungen aufweisen. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein System bereitzustellen, das Kühlungshardware eliminieren und die Haltbarkeit der Brennstoffhandhabungskomponenten erhöhen kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Dieser Teil stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung bereit und ist keine vollständige Offenbarung des vollen Schutzumfangs oder aller Merkmale.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit mehreren Brennkammern. Die Vorrichtung beinhaltet ein Kraftstoffversorgungssystem, das eine Kraftstoffversorgungsleitung in Verbindung mit einem Kraftstofftank und eine Kraftstoffpumpe zum Pumpen von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank durch die Kraftstoffversorgungsleitung beinhaltet. Ein Kraftstoffeinspritzsystem, das mit dem Kraftstoffversorgungssystem verbunden ist und eine Kraftstoffzuführung und eine Vielzahl von Einspritzdüsen aufweist, die zum Einspritzen des Kraftstoffs in eine zugeordnete der mehreren Verbrennungskammern betreibbar sind. Eine Kraftstoffrücklaufleitung, die sich vom Kraftstoffeinspritzsystem zum Kraftstofftank erstreckt. Eine Bypass-Leitung, die sich von der Kraftstoffversorgungsleitung zur Kraftstoffrücklaufleitung erstreckt und ein Druckregelventil mit einem voreingestellten Aktivierungsdruck enthält. Ein Kraftstofftemperatursensor zum Erfassen einer Zufuhrtemperatur des Kraftstoffs im Kraftstoffversorgungssystem. Ein Kraftstoffdrucksteuermodul zum Steuern des Drucks des Kraftstoffs im Kraftstoffversorgungssystem, wobei das Kraftstoffdrucksteuermodul einen ersten Drucksollwert unter den voreingestellten Aktivierungsdruck des Druckablassventils einstellt, wenn die Zufuhrtemperatur unter einer vorbestimmten Temperatur liegt und einen zweiten Drucksollwert über dem voreingestellten Aktivierungsdruck des Druckablassventils einstellt, wenn die Zufuhrtemperatur über einer vorbestimmten Temperatur liegt.
Das System der vorliegenden Offenbarung führt zu einer Massenreduzierung durch Beschränkung der Kühlhardware für die Rücklaufkraftstoffleitung. Zusätzlich wird durch Mischen des Kraftstoffs vom Kraftstofftank zum Kühlen des Kraftstoffrücklaufs die Haltbarkeit der Kraftstoffhandhabungskomponenten erhöht. Außerdem ist das System der vorliegenden Offenbarung weniger komplex mit Ihren Verbindungen und Anschlüssen auf der Rückleitungsseite. Die vorliegende Offenbarung ermöglicht auch eine Flexibilität bei der Verpackung und der Leistung und ermöglicht eine gemeinsame Lösung für Dieselkühlanwendungen. Darüber hinaus bietet die flexible Strategie zur Steuerung der Treibstoffzufuhr eine bessere Leistung und eine bessere Energieoptimierung des Niederdruck-Flusssteuersystems.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und speziellen Beispiele in dieser Kurzdarstellung dienen ausschließlich zum Veranschaulichen und sollen keinesfalls den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränken.
ZEICHNUNGEN
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich dem Veranschaulichen ausgewählter Ausführungsformen und stellen nicht die Gesamtheit der möglichen Realisierungen dar und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.

Die 1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems für einen Verbrennungsmotor.

Ähnliche Bezugszeichen geben in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen ähnliche Bauabschnitte an.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden nun exemplarische Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
Es werden exemplarische Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Fachleuten deren Umfang vollständig vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie etwa Beispiele für spezifische Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein tiefgreifendes Verständnis für die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details möglicherweise nicht erforderlich sind, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass keine der Ausführungsformen dahingehend ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. In manchen exemplarischen Ausführungsformen sind wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben.
Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Die hier verwendeten Singularformen, z. B. „ein“, „der/die/das“, schließen ggf. auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „beinhaltend“, „einschließlich“ und „hat“ sind nicht ausschließlich und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Bauteile an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von weiteren Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritten, Vorgängen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen hiervon aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht so auszulegen, dass die beschriebene oder dargestellte Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern diese nicht spezifisch als Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können.
Wenn Elemente oder Ebenen als „an/auf, „in Verbindung mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer Ebene beschrieben werden, können sie entweder direkt mit anderen Elementen oder Ebenen in Verbindung stehen oder gekoppelt sein oder es können zwischenliegende Elemente oder Ebenen vorhanden sein. Wenn ein Element im Gegenzug als „direkt an/auf“, „direkt in Verbindung mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ anderen Elementen oder Ebenen beschrieben wird, sind ggf. keine zwischenliegenden Elemente oder Ebenen vorhanden. Andere Wörter, die zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen verwendet werden, sind in gleicher Weise zu verstehen (z. B. „zwischen“ und „direkt zwischen“, „angrenzend“ und „direkt angrenzend“ usw.). Der Begriff „und/oder“ schließt alle Kombinationen der zugehörigen aufgelisteten Elemente ein.
Obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe beschränkt werden. Diese Begriffe können nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, Region, Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, Schicht oder Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe, wie „erste“, „zweite“ und andere Zahlenbegriffe, wenn hier verwendet, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, dies wird eindeutig durch den Kontext angegeben. Somit könnte ein weiter unten erörtertes erstes Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt als ein zweites Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der exemplarischen Ausführungsformen abzuweichen.
Unter Bezugnahme auf die 1 ist ein Verbrennungsmotor 10 mit einer Kraftstoffeinspritzanordnung 12 gezeigt. Die Kraftstoffeinspritzanordnung 12 beinhaltet einen Kraftstofftank 14 und ein Kraftstoffversorgungssystem 16 in Verbindung mit dem Kraftstofftank 14. Das Kraftstoffversorgungssystem 16 kann eine Niederdruckförderpumpe 18 umfassen, die fluidmäßig mit dem Kraftstofftank 14 gekoppelt ist, die Kraftstoff durch eine Kraftstoffversorgungsleitung 21 zu einer Hochdruckeinspritzpumpe 20 pumpen kann. Die Hochdruckeinspritzpumpe 20 führt den Kraftstoff einem Kraftstoffeinspritzsystem 22 zu, das eine oder mehrere Kraftstoffzuführungen 24 beinhaltet. Das Kraftstoffeinspritzsystem 22 umfasst ferner eine Vielzahl von Einspritzleitungen 26, die sich von den Kraftstoffzuführungen 24 erstrecken und mit einer Vielzahl von Einspritzdüsen 28 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in eine zugehörige Brennkammer 30 von Verbrennungsmotor 10 fluidmäßig gekoppelt sind.
Eine Kraftstoffrücklaufleitung 32 erstreckt sich vom Kraftstoffeinspritzsystem 22 zum Kraftstofftank 14. Insbesondere kann sich die Kraftstoffrücklaufleitung 32 von der Kraftstoffzuführung 24 zum Kraftstofftank 14 erstrecken. Eine Einspritzdüsen-Rücklaufkraftstoffleitung ist zwischen den Einspritzdüsen 28 und der Kraftstoffrücklaufleitung 32 angeschlossen. Die Hochdruckeinspritzpumpe 20 kann mit einem Pumpenmechanismus 20a und einem Umgehungsdurchgang 34 versehen sein, der sich von der Kraftstoffversorgungsleitung 21 zur Kraftstoffrücklaufleitung 32 über den Durchgang 47 erstreckt und ein Druckablassventil 36 mit einem voreingestellten Aktivierungsdruck P_a beinhaltet. Als nicht einschränkendes Beispiel kann der voreingestellte Aktivierungsdruck P_a des Druckablassventils 36 auf 500 kPa eingestellt werden.
Zum Erfassen einer Zufuhrtemperatur T_f des Kraftstoffs im Kraftstoffversorgungssystem 16 ist ein Kraftstofftemperatursensor 38 vorgesehen. Insbesondere kann der Kraftstofftemperatursensor 38 in der Kraftstoffversorgungsleitung 21 vorgesehen sein. Ein Kraftstoffdrucksteuermodul 40 ist zum Steuern des Drucks des Kraftstoffs im Kraftstoffversorgungssystem 16 basierend auf der Zufuhrtemperatur T_f des Kraftstoffs im Kraftstoffversorgungssystem 16 vorgesehen. Insbesondere wenn die Zufuhrtemperatur T_f des Kraftstoffs im Kraftstoffversorgungssystems 16 unter einer voreingestellten Zufuhrtemperatur T_s (zum Beispiel 55 °C) liegt, stellt das Kraftstoffdrucksteuermodul 40 einen ersten Drucksollwert P_s1 unterhalb des voreingestellten Aktivierungsdrucks P_a des Druckablassventils 36 ein. Wenn die Zufuhrtemperatur T_f des Kraftstoffs im Kraftstoffversorgungssystem 16 über der voreingestellten Zufuhrtemperatur T_s liegt, stellt das Kraftstoffdrucksteuermodul 40 einen zweiten Drucksollwert P_s2 oberhalb des voreingestellten Aktivierungsdrucks P_ades Druckablassventils 36 ein. Die Solldrücke P_s1, P_s2 können durch Steuerung eines Druckregelventils 42 zwischen der Kraftstoffzuführung 24 und der Kraftstoffrücklaufleitung 32 durch aktives Überwachen des Drucks der Kraftstoffzuführung und Steuern des Betriebs der Hochdruckpumpe, oder durch andere bekannte Druckregelverfahren gesteuert werden. Die Hochdruckeinspritzpumpe 20 kann ferner einen begrenzten Strömungskühlkanal 44 beinhalten, der eine Öffnung 46 aufweist, die über die Leitung 47 zwischen der Kraftstoffversorgungsleitung 21 und der Kraftstoffrücklaufleitung 32 kommunizieren kann.
Als nicht einschränkendes Beispiel kann der erste Drucksollwert P_s1 410 kPa und der zweite Drucksollwert P_s2 600 kPa betragen. Die Wirkung des Anhebens des zweite Drucksollwertes P_s2 oberhalb des voreingestellten Aktivierungsdrucks P_a (z. B. 500 kPa) des Druckregelventils 36 besteht darin, zu bewirken, dass sich Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 14 mit dem Kraftstoff in der Rückleitungen 32 vermischt, um den Kraftstoff, der zum Kraftstofftank 14 zurückgeleitet wird, zu kühlen. Mit anderen Worten, die vorliegende Offenbarung verwendet eine Mehrpunktsteuerungsstrategie, um den Bypass-Strom durch die Bypass-Leitung 34 zu erhöhen, um eine Kühlung des Rücklaufkraftstoffs einzuleiten, wenn der Motor unter hohen Lasten steht. Dies kann erreicht werden, indem die Steuerung der Dieselhoch- und Niederdruckflusssysteme gekoppelt wird, bei denen das Hochdrucksystem basierend auf der Brennstoffzufuhrtemperatur T_f zu einem höheren Niederdruckabgabesollwert übergeht. Obwohl das System der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf die Verwendung der Brennstoffzufuhrtemperatur T_f beschrieben wird, können auch andere Steuerparameter, wie z. B. die Motordrehzahl oder andere Parameter, die eine hohe Motorlast anzeigen, verwendet werden. Die Anhebung des Drucksollwertes, wenn die Zufuhrtemperatur erhöht ist, beeinflusst die Kühlung durch Öffnen des Druckablassventils 36 in der Umgehungsleitung 34, wodurch ein kühlerer Kraftstoffstrom in der Rückleitung 32 ermöglicht und die Temperatur des Kraftstoffs in der Rückleitung 32 vor Erreichen des Kraftstofftank 14 wirkungsvoll abgesenkt wird. Wenn die Temperatur des Kraftstoffs in der Versorgungsleitung eine zweite voreingestellte Temperatur, wie 50 °C, unterschreitet, setzt das Steuermodul 40 den Sollwert auf den ersten Sollwert Ps1, was dazu führt, dass zu Kühlzwecken weniger Kraftstoff zur die Kraftstoffrücklaufleitung 32 zurückgeführt wird.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht erschöpfend und soll die Offenbarung in keiner Weise beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern gegebenenfalls gegeneinander austauschbar und in einer ausgewählten Ausführungsform verwendbar, auch wenn dies nicht gesondert dargestellt oder beschrieben ist. Auch diverse Variationen sind denkbar. Diese Variationen stellen keine Abweichung von der Offenbarung dar, und alle Modifikationen dieser Art verstehen sich als Teil der Offenbarung und fallen in ihren Schutzumfang.

Claims

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Brennkammern, die Vorrichtung umfassend: einen Kraftstofftank; ein Kraftstoffversorgungssystem, das eine Kraftstoffversorgungsleitung in Verbindung mit einem Kraftstofftank und eine Kraftstoffpumpe zum Pumpen von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank durch die Kraftstoffversorgungsleitung beinhaltet; ein Kraftstoffeinspritzsystem, das mit dem Kraftstoffversorgungssystem verbunden ist und eine Kraftstoffzuführung und eine Vielzahl von Einspritzdüsen aufweist, die zum Einspritzen des Kraftstoffs in eine zugeordnete der Vielzahl von Brennkammern betreibbar sind; eine Kraftstoffrücklaufleitung, die sich vom Kraftstoffeinspritzsystem zum Kraftstofftank erstreckt; eine Bypass-Leitung, die sich von der Kraftstoffversorgungsleitung zur Kraftstoffrücklaufleitung erstreckt und ein Druckablassventil mit einem voreingestellten Aktivierungsdruck enthält; einen Kraftstofftemperatursensor zum Erfassen einer Zufuhrtemperatur des Kraftstoffs im Kraftstoffversorgungssystem; ein Kraftstoffdrucksteuermodul zum Steuern des Drucks des Kraftstoffs im Kraftstoffversorgungssystem, wobei das Kraftstoffdrucksteuermodul einen ersten Drucksollwert unter den voreingestellten Aktivierungsdruck des Druckablassventils einstellt, wenn die Zufuhrtemperatur unter einer vorbestimmten Temperatur liegt und einen zweiten Drucksollwert über dem voreingestellten Aktivierungsdruck des Druckablassventils einstellt, wenn die Zufuhrtemperatur über der vorbestimmten Temperatur liegt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Druckregelventil, das in Verbindung mit der Kraftstoffzuführung und der Kraftstoffrücklaufleitung angeordnet ist und zwischen den ersten und zweiten Drucksollwerten steuerbar ist.